专利名称：耦合馈电的全向辐射振子阵列天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种印刷型天线，具体涉及ー种全向辐射印刷型天线，属于无线电技术领域。
背景技术：
印刷型天线是ー种采用现代印制电路板技术制作的天线，全向天线是ー种在水平面内辐射性基本没有差异，而在垂直面内具有定向辐射性的天线，即在水平方向图上表现为360°均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。全向天线发展至今，结构上产生了多种形式，有单极子、偶极子、双锥、螺旋天线等，而实现方式上主要有并馈和串馈两种方式。在一点对多点的基站对终端的通信以及卫星通信系统等ー些专用通信系统中有广泛的应用。这种天线一般以全向増益不低于4dB为高增益标准，因为这样还可保证波束较 宽。需要通过合理的设计保证天线在単位尺寸上产生较高的増益，现有的全向天线研究主要包括以下方面一是异形振子，虽然能够实现宽带，但会发生方向图分裂，全向性较差；ニ是同轴共线交叉馈电振子天线，虽然能够实现高増益和全向性，但是由于终端为短路器，整个天线为谐振式结构，导致带宽较窄；现有的全向高増益天线普遍具有带宽窄和单位长度产生的增益较低等缺点，而后者不利于天线的小型化。因此如何在保证全向性较好的情况下尽可能展宽带宽并同时提高増益，是研究的热点问题。
发明内容
本发明的目的是为解决现有全向天线带宽窄，増益低，工作频带内全向性差且尺寸较大的问题，进而提供一种耦合馈电的全向辐射振子阵列天线。本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线包括介质板和共面波导中心馈线，所述天线还包括馈电端ロ匹配枝节、辐射型終端负载和两组振子，介质板的前板面上印刷有共面波导中心馈线、馈电端ロ匹配枝节、辐射型终端负载和两组振子，共面波导中心馈线的下端与馈电端ロ匹配枝节连接，共面波导中心馈线的上端与辐射型終端负载连接，每组振子包括第一振子和第二振子，第一振子和第二振子均为矩形，两组振子沿共面波导中心馈线对称设置，第一振子远离共面波导中心馈线的一侧开有第一矩形ロ，第二振子远离共面波导中心馈线的一侧开有第二矩形ロ，介质板的后板面上印刷有第一水平馈线和第二水平馈线，介质板上位于每个第一振子的上端面位置处开有ー个第一金属化过孔，介质板上位于每个第一振子的下端面位置处开有ー个第二金属化过孔，第一水平馈线通过两个第一金属化过孔与第一振子连接，第二水平馈线通过两个第二金属化过孔与第一振子连接。本发明的有益效果是一、本发明通过印刷型振子结构、矩形缺ロ结构、馈电端ロ匹配枝节、过孔和水平馈线结构以及采用辐射型终端负载拓宽了天线的工作带宽，也大大提高了天线的单位电长度増益，两组振子对称设置，通过水平馈线和金属化过孔达到強制均衡馈电的作用，使得两组振子都能够均衡馈电；振子上加载矩形开ロ使得天线上的辐射电流更为均勻，提高了天线的增益，降低了天线的方向图不圆度，提高了全向性；馈电端ロ匹配枝节则起到了调整馈电端ロ阻杭，从而实现阻抗匹配的作用；辐射型终端负载改变了以往损耗型終端负载的降低天线辐射效率的缺点，能够提高天线的增益；ニ、本发明天线馈电形式紧凑，充分利用空间，本发明的馈电形式为共面波导馈电，这种馈电形式可以适用于同轴线等传统馈线馈电，也可以适用于现代集成传输线馈电，适用范围更广泛，本发明为平面印刷型天线，相对带宽较大，尺寸小，结构紧凑，可集成到移动终端的电路板上，能够实现天线的集成化；三、本发明的天线的结构简单，具有较好的全向性和较宽的频带，通过增加节数以及改变单元长度就可以进一歩提高增益和扩展到其它频段，可移植性较好。
图I是本发明的整体结构主视图，图2是 图I的后视图，图3是图I中K处的放大图，图4是图I中I处的放大图，图5是图I的左视图，图6是图5中的R处的放大图，图7是本发明的实施例得到的反射系数与频率关系图，图8是本发明天线在工作频带内频点为4. 7GHz的E面和H面的方向图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图I-图6说明本实施方式，本实施方式的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线包括介质板I和共面波导中心馈线6，所述天线还包括馈电端ロ匹配枝节7、辐射型終端负载8和两组振子，介质板I的前板面上印刷有共面波导中心馈线6、馈电端ロ匹配枝节7、辐射型終端负载8和两组振子，共面波导中心馈线6的下端与馈电端ロ匹配枝节7连接，共面波导中心馈线6的上端与辐射型終端负载8连接，每组振子包括第一振子2和第二振子3，第一振子2和第二振子3均为矩形，两组振子沿共面波导中心馈线6对称设置，第一振子2远离共面波导中心馈线6的一侧开有第一矩形ロ 2-1，第二振子3远离共面波导中心馈线6的一侧开有第二矩形ロ 3-1，介质板I的后板面上印刷有第一水平馈线9和第二水平馈线10，介质板I上位于每个第一振子2的上端面位置处开有ー个第一金属化过孔1-1，介质板I上位于每个第一振子2的下端面位置处开有ー个第二金属化过孔1-2，第一水平馈线9通过两个第一金属化过孔1-1与第一振子2连接，第二水平馈线10通过两个第二金属化过孔1-2与第一振子2连接。本实施方式的馈电端ロ匹配枝节7位于馈电端ロ处，使用时，馈电端ロ匹配枝节7和第二振子3均与馈电结构连接。
具体实施方式
ニ 结合图I说明本实施方式，本实施方式所述介质板I为厚度为I. 4mm I. 6mm，相对介电常数为4. 4的环氧玻璃布层压板。如此设置，本实施方式的环氧玻璃布层压板为FR-4等级材料，高湿下电气性能稳定性好，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图I说明本实施方式，本实施方式所述辐射型終端负载8为组合形，所述组合形由长方形和半圆形构成，长方形的短边与半圆形的直径共面，且长方形的短边与半圆形的直径相等。如此设置，组合形的辐射型終端负载起到了一般负载没有的作用，即辐射电磁波，从而使本发明天线的增益得到了进ー步的提高。满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图I-图6说明本实施方式，本实施方式所述辐射型终端负载8的宽度Wl为Ilmm 13mm,福射型终端负载8的长度LI为21mm 22mm,第一振子2远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W2为0. 8mm I. 2mm，第二振子3远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W12为0. 8mm I. 2mm，对称设置的两个第一振子2之间的距尚W3为4. Omm 4. 7mm,对称设置的两个第二振子3之间的距离W13与两个第一振子2之间的距离W3相等，馈电端ロ匹配枝节7的长度W4为2. 8mm
3.2mm，馈电端ロ匹配枝节7的宽度W14为I. 8mm 2. 2mm，共面波导中心馈线6宽度W5为0. 8mm I. 2mm,介质板I的宽度W6为12. 5mm 13. Omm,介质板I的长度L7为103mm 105mm,介质板I的厚度为I. 4mm I. 6mm,第一矩形ロ 2-1的长度L13为2. 3mm 2. 7mm,第一矩形ロ 2-1的宽度W15为1.3_ I. 7_，第二矩形ロ 3-1的长度L8与第一矩形ロ 2-1的长度L13相等，第二矩形ロ 3-1的宽度W8与第一矩形ロ 2-1的宽度W15相等，第一振子2的宽度W17和第二振子3的宽度W9均为3mm 4mm,第一矩形ロ 2_1的上表面至第一振子 2的上端面的距离L2为21. 4mm 21. 7mm，第一矩形ロ 2_1的下表面至第一振子2的下端面的距离L4与第一矩形ロ 2-1的上表面至第一振子2的上端面的距离L2相等，第一振子2的下端面和第二振子3的上端面之间的距离L5为3. 5mm 4. 5mm,第二振子3的长度L6为24. 8mm 25. 3mm,第二矩形ロ 3_1的下表面至第二振子3的下端面的距离L9为2mm 3mm,第一金属化过孔1-1的轴线至介质板I的上端面的距离LlO为31mm 32mm,第一金属化过孔1-1的轴线至第二金属化过孔1-2的轴线的距离Lll为40mm 43mm，第二金属化过孔1-2的轴线至介质板I的下端面的距离L12为29mm 31mm,第一金属化过孔1-1的长度L13和第二金属化过孔1-2的长度L14均与介质板I的厚度相等，第一金属化过孔1-1的直径D4和第二金属化过孔1-2的直径D8均为0. 8mm I. 2_，共面波导中心馈线6的厚度D3为0. Olmm 0. Imm,第一水平馈线9的长度W7和第二水平馈线10的长度W16均为8. 5mm 9. Omm,第一水平馈线9的厚度D2和第二水平馈线10的厚度D7均为0. Olmm
0.Imm,第一水平馈线9的宽度D6和第二水平馈线10的宽度D5均为I. 8mm 2. 2mm。如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图I-图6说明本实施方式，本实施方式所述辐射型终端负载8的宽度Wl为Ilmm,福射型终端负载8的长度LI为21. 6mm,第一振子2远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W2为1mm，第二振子3远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W12为1mm，对称设置的两个第一振子2之间的距离W3为
4.5mm，对称设置的两个第二振子3之间的距离W13为4. 5mm，馈电端ロ匹配枝节7的长度W4为3mm，馈电端ロ匹配枝节7的宽度W14为2mm，共面波导中心馈线6宽度W5为I. 2mm,介质板I的宽度W6为12. 8mm,介质板I的长度L7为103. 4mm,介质板I的厚度为I. 5mm,第一矩形ロ 2-1的长度L13为2. 5mm,第一矩形ロ 2-1的宽度W15为I. 6mm,第二矩形ロ 3-1的长度L8为2. 5mm,第二矩形ロ 3-1的宽度W8为I. 6mm,第一振子2的宽度W17和第二振子3的宽度W9均为3. 5mm，第一矩形ロ 2_1的上表面至第一振子2的上端面的距离L2为21. 6mm，第一矩形ロ 2-1的下表面至第一振子2的下端面的距离L4为21. 6mm，第一振子2的下端面和第二振子3的上端面之间的距离L5为4mm，第二振子3的长度L6为25. 1mm，第ニ矩形ロ 3-1的下表面至第二振子3的下端面的距离L9为3mm，第一金属化过孔1_1的轴线至介质板I的上端面的距离LlO为31. 6mm，第一金属化过孔1_1的轴线至第二金属化过孔1-2的轴线的距离Lll为42. 7mm，第二金属化过孔1_2的轴线至介质板I的下端面的距离L12为29. 1_，第一金属化过孔1-1的长度L13和第二金属化过孔1-2的长度L14均为I. 5mm,第一金属化过孔1-1的直径D4和第二金属化过孔1-2的直径D8均为Imm,共面波导中心馈线6的厚度D3为0. Imm,第一水平馈线9的长度W7和第二水平馈线10的长度W16均为8. 8mm,第一水平馈线9的厚度D2和第二水平馈线10的厚度D7均为0. Imm,第一水平馈线9的宽度D6和第二水平馈线10的宽度D5均为2mm。如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式
一相同。实施例，结合图I-图8说明进ー步说明本发明，结合图I-图6，本发明天线的尺寸如下辐射型終端负载8的宽度Wl为12mm，辐射型終端负载8的长度LI为21. 6mm，第一振子2远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W2为1mm，第二振子3远离共面波导中心馈线6的ー侧至介质板I的边缘的距离W12为1mm，对称设置的两个第一振子2之间的距离W3为4. 6mm，对称设置的两个第二振子3之间的距离W13为4. 6mm，馈电端ロ匹配枝节7的长度W4为3mm，馈电端ロ匹配枝节7的宽度W14为2mm，共面波导中心馈线6宽度W5为Imm,介质板I的宽度W6为12. 6mm,介质板I的长度L7为103. 4mm,介质板I的厚度为I. 5mm,第一矩形ロ 2-1的长度L13为2. 5mm,第一矩形ロ的宽度W15为I. 5mm,第二 矩形ロ 3-1的长度L8为2. 5mm，第二矩形ロ的宽度W8为I. 5mm，第一振子2的宽度W17和第二振子3的宽度W9均为3mm，第一矩形ロ 2_1的上表面至第一振子2的上端面的距离L2为21. 6mm，第一矩形ロ 2_1的下表面至第一振子2的下端面的距离L4为21. 6mm，第一振子2的下端面和第二振子3的上端面之间的距离L5为4mm，第二振子3的长度L6为25. Imm,第二矩形ロ 3-1的下表面至第二振子3的下端面的距离L9为2mm，第一金属化过孔1_1的轴线至介质板I的上端面的距离LlO为31. 6mm，第一金属化过孔1_1的轴线至第二金属化过孔1-2的轴线的距离Lll为42. 7_，第二金属化过孔1-2的轴线至介质板I的下端面的距离L12为29. 1_，第一金属化过孔1-1的长度L13和第二金属化过孔1-2的长度L14均为I. 5mm,第一金属化过孔1-1的直径D4和第二金属化过孔1-2的直径D8均为Imm,共面波导中心馈线6的厚度D3为0. 1mm，第一水平馈线9的长度W7和第二水平馈线10的长度W16均为8. 6mm，第一水平馈线9的厚度D2和第二水平馈线10的厚度D7均为0. 1mm，第一水平馈线9的宽度D6和第二水平馈线10的宽度D5均为2mm。针对上述尺寸制作的天线进行测试，测试结果如图7-图8，测试结果表明，天线在
4.6GHz-4. 9GHz的频带内反射系数低于-10dB，相对带宽为6. 3 %，工作带宽内最大增益达到了 5. OdB(4. 9GHz)，单位电长度增益达到了 3. OdB(4. 8GHz)，同时工作带宽内H面方向图不圆度低于I. 5dB，实现了天线宽带较宽、全向增益较高、平面化和小型化的要求。从图8的测试结果可以看出，天线在C波段工作频带内的典型频率4. 7GHz处具有较好的全向福射特性，天线在该频点的H面方向图的不圆度很小,小于I. OdB,符合对天线全向性的预期。结合天线尺寸以及天线參数的测试结果，说明了本发明在天线尺寸、带宽、波束覆盖和增益等指标上获得了良好的结合。本发明的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，保证了较宽工作频带内较高的増益和优异的全向性，并且，天线的单位电长度增益很高，采用了印刷结构，有利于天线的小型化。
权利要求
1.一种耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，其特征在于所述天线包括介质板(I)和共面波导中心馈线￠)，其特征在于所述天线还包括馈电端口匹配枝节(7)、辐射型终端负载(8)和两组振子，介质板(I)的前板面上印刷有共面波导中心馈线￠)、馈电端口匹配枝节(7)、辐射型终端负载(8)和两组振子，共面波导中心馈线￠)的下端与馈电端口匹配枝节(7)连接，共面波导中心馈线(6)的上端与辐射型终端负载(8)连接，每组振子包括第一振子(2)和第二振子(3)，第一振子(2)和第二振子(3)均为矩形，两组振子沿共面波导中心馈线(6)对称设置，第一振子(2)远离共面波导中心馈线(6)的一侧开有第一矩形口(2-1)，第二振子(3)远离共面波导中心馈线(6)的一侧开有第二矩形口(3-1)，介质板(I)的后板面上印刷有第一水平馈线(9)和第二水平馈线(10)，介质板(I)上位于每个第一振子(2)的上端面位置处开有一个第一金属化过孔(1-1)，介质板(I)上位于每个第一振子 (2)的下端面位置处开有一个第二金属化过孔(1-2)，第一水平馈线(9)通过两个第一金属化过孔(1-1)与第一振子(2)连接，第二水平馈线(10)通过两个第二金属化过孔(1-2)与第一振子(2)连接。
2.根据权利要求I所述的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，其特征在于所述介质板(I)为厚度为I. 4mm I. 6mm,相对介电常数为4. 4的环氧玻璃布层压板。
3.根据权利要求I或2所述的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，其特征在于所述辐射型终端负载(8)为组合形，所述组合形由长方形和半圆形构成，长方形的短边与半圆形的直径共面，且长方形的短边与半圆形的直径相等。
4.根据权利要求I所述的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，其特征在于所述辐射型终端负载⑶的宽度(Wl)为Ilmm 13mm,福射型终端负载⑶的长度(LI)为21mm 22_，第一振子(2)远离共面波导中心馈线(6)的一侧至介质板(I)的边缘的距离(W2)为0.8mm I. 2mm，第二振子(3)远离共面波导中心馈线(6)的一侧至介质板(I)的边缘的距离(W12)为0. 8mm I. 2mm,对称设置的两个第一振子⑵之间的距离(W3)为4. Omm 4.7mm，对称设置的两个第二振子(3)之间的距离(W13)与两个第一振子(2)之间的距离(W3)相等，馈电端口匹配枝节(7)的长度(W4)为2. 8mm 3. 2mm，馈电端口匹配枝节(7)的宽度(W14)为I. 8mm 2. 2mm,共面波导中心馈线(6)宽度(W5)为0. 8mm I. 2mm,介质板⑴的宽度(W6)为12. 5mm 13. Omm,介质板(I)的长度(L7)为103mm 105mm,介质板⑴的厚度为I. 4mm I. 6mm,第一矩形口(2-1)的长度(L13)为2. 3mm 2. 7mm,第一矩形口(2-1)的宽度(W15)为I. 3mm I. 7mm，第二矩形口(3-1)的长度(L8)与第一矩形口(2-1)的长度(L13)相等，第二矩形口(3-1)的宽度(W8)与第一矩形口(2-1)的宽度(W15)相等，第一振子(2)的宽度(W17)和第二振子(3)的宽度(W9)均为3mm 4_，第一矩形口(2-1)的上表面至第一振子(2)的上端面的距离(L2)为21. 4mm 21. 7mm，第一矩形口(2-1)的下表面至第一振子(2)的下端面的距离(L4)与第一矩形口(2-1)的上表面至第一振子(2)的上端面的距离(L2)相等，第一振子(2)的下端面和第二振子(3)的上端面之间的距离(L5)为3. 5mm 4. 5mm,第二振子(3)的长度(L6)为24. 8mm 25. 3mm,第二矩形口(3-1)的下表面至第二振子(3)的下端面的距离(L9)为2_ 3_，第一金属化过孔(1-1)的轴线至介质板(I)的上端面的距离(LlO)为31mm 32mm,第一金属化过孔(1_1)的轴线至第二金属化过孔(1-2)的轴线的距离(Lll)为40mm 43mm，第二金属化过孔(1-2)的轴线至介质板⑴的下端面的距离(L12)为29mm 31mm,第一金属化过孔(1-1)的长度(L13)和第二金属化过孔(1-2)的长度(L14)均与介质板(I)的厚度相等，第一金属化过孔(1-1)的直径(D4)和第二金属化过孔(1-2)的直径(D8)均为0. 8mm I. 2mm，共面波导中心馈线(6)的厚度(D3)为0.01mm 0. 1_，第一水平馈线(9)的长度(W7)和第二水平馈线(10)的长度(W16)均为8. 5mm 9. 0mm，第一水平馈线(9)的厚度(D2)和第二水平馈线(10)的厚度(D7)均为0.01mm 0. 1_，第一水平馈线(9)的宽度(D6)和第二水平馈线(10)的宽度(D5)均为 I. 8mm 2. 2mm。
5.根据权利要求I所述的耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，其特征在于所述辐射型终端负载⑶的宽度(Wl)为11mm，辐射型终端负载⑶的长度(LI)为21.6_，第一振子(2)远离共面波导中心馈线(6)的一侧至介质板(I)的边缘的距离(W2)为1_，第二振子(3)远离共面波导中心馈线(6)的一侧至介质板(I)的边缘的距离(W12)为1mm，对称设置的两个第一振子(2)之间的距离(W3)为4. 5_，对称设置的两个第二振子(3)之间的距离(W13)为4. 5mm，馈电端口匹配枝节(7)的长度(W4)为3mm，馈电端口匹配枝节(7)的宽度(W14)为2mm，共面波导中心馈线(6)宽度(W5)为I. 2_，介质板⑴的宽度(W6)为-12. 8mm,介质板(I)的长度(L7)为103. 4mm,介质板(I)的厚度为I. 5mm,第一矩形口(2_1)的长度(L13)为2. 5mm，第一矩形口(2-1)的宽度(W15)为I. 6mm，第二矩形口(3-1)的长度(L8)为2. 5mm，第二矩形口(3-1)的宽度W8为I. 6mm，第一振子⑵的宽度(W17)和第二振子(3)的宽度(W9)均为3. 5mm，第一矩形口(2_1)的上表面至第一振子(2)的上端面的距离(L2)为21. 6mm，第一矩形口(2_1)的下表面至第一振子(2)的下端面的距离(L4)为21. 6mm，第一振子(2)的下端面和第二振子(3)的上端面之间的距离(L5)为4mm，第二振子(3)的长度(L6)为25. 1mm，第二矩形口(3_1)的下表面至第二振子(3)的下端面的距离(L9)为3mm,第一金属化过孔(1_1)的轴线至介质板(I)的上端面的距离(LlO)为31. 6mm,第一金属化过孔(1-1)的轴线至第二金属化过孔(1-2)的轴线的距离(Lll)为42. 7mm，第二金属化过孔(1-2)的轴线至介质板⑴的下端面的距离(L12)为29. 1mm，第一金属化过孔(1-1)的长度(L13)和第二金属化过孔(1-2)的长度(L14)均为I. 5mm，第一金属化过孔(1-1)的直径(D4)和第二金属化过孔(1-2)的直径(D8)均为1mm，共面波导中心馈线(6)的厚度(D3)为0. 1_，第一水平馈线(9)的长度(W7)和第二水平馈线(10)的长度(W16) 均为8. 8_，第一水平馈线(9)的厚度(D2)和第二水平馈线(10)的厚度(D7)均为0. Imm,第一水平馈线(9)的宽度(D6)和第二水平馈线(10)的宽度(D5)均为2mm。
全文摘要
耦合馈电的全向辐射振子阵列天线，它涉及一种印刷型天线，以解决现有全向天线带宽窄，增益低，工作频带内全向性差且尺寸较大的问题，它包括介质板和共面波导中心馈线，所述天线还包括馈电端口匹配枝节、辐射型终端负载和两组振子，介质板的前板面上印刷有共面波导中心馈线、馈电端口匹配枝节、辐射型终端负载和两组振子，共面波导中心馈线的下端与馈电端口匹配枝节连接，共面波导中心馈线的上端与辐射型终端负载连接，每组振子包括第一振子和第二振子，第一振子和第二振子均为矩形，两组振子沿共面波导中心馈线对称设置，介质板的后板面上印刷有第一水平馈线和第二水平馈线。本发明用于无线电技术领域。
文档编号H01Q1/38GK102760946SQ20121026875
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者刘曦, 林澍, 王力卓, 王立娜, 田雨, 荆丽雯, 陆加, 马欣茹 申请人:哈尔滨工业大学